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; C, p7 C w; o' P( x0 v$ n5 l# m% T1、一道问题. Y7 ?6 G- v1 y) i1 o
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, s" e' g$ F& P' m1 l' j9 Y: `6 C照例，先抛出一道问题：同步Buck电源，为什么Vin越小，电源效率越高？相比之前，我们给Buck电源再增加一个限定“同步”。
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6 v% l ]9 X# y* U4 c上图中不同输入电压Vin的电流效率曲线，相信各位同学在电源芯片的Datasheet上都看到过。不晓得你有没有仔细考虑过其中的原因。- L8 P; B/ S$ m: \
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2、表达感谢: e( w1 S6 O F) H9 \' \* L3 g. W
6 ^% m- W. W: L+ Y感谢各位同学的积极参与，而且不乏高质量的留言。经过观点的碰撞和想法的探讨，相信认真思考的同学必定会有所收获。
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讨论的也是非常热闹，都快凌晨了，大家讨论的热情依旧高涨，你来我往，问题的原因也逐渐清晰。# ]& E4 X. D: P. k
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4 a) s- v, T( q6 |3 j2 e2 V+ Z认真研究各位同学的发言，我对这个问题有了一些新的理解，同时也纠正了自己一些不恰当的理解。
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3、电源的效率损耗
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Buck电源效率都损耗在哪里呢？
4 Q. X0 g! m) N, T1 J' Y①MOS管的导通损耗；0 S1 ^4 z! e: E L9 \7 l
②MOS管的开关损耗；
6 F; [9 S; G8 ~5 p+ e" U1 O/ @6 p③MOS管的驱动损耗；* ^' U2 M( d% g# e
④功率电感的导通损耗；8 o/ X! r5 K1 R4 f( _- L
⑤功率电感的磁芯损耗；* V% Y$ D* F% o, g' R; K
⑥MOS管体二极管的导通损耗；& S- r3 q: v C5 n9 D! M* ?$ D
⑦MOS管体二极管的开关损耗；
; O' s" Y2 c {# {& \& ^8 p⑧PCB走线损耗（本文暂不做分析）；2 J8 Y7 O8 H% o. y, w; y7 \) I( E
这8项包含了Buck电源的主要损耗。具体每一项，怎么理解，这里不做具体展开。不清楚的同学，请自行研究，网上资源很多。这里我们重点讨论下，Vin减小，会带来哪些变化？
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4、核心反应堆
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, v ~; ~4 l, S9 G9 b# lBuck电源中电感的计算公式，如下图所示。/ q( M8 s l1 f* {9 A [4 w
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当Vout不变，L不变，fsw不变，而Vin减小时，占空比D会增大，相应地，电感纹波电流ΔI会减小，这意味着，电感峰值电流Ipeak也减小。( m; e; {3 ~) O& i' ~2 h
请记住这三个关键值的变化趋势，它们相当于是核心反应堆，它们的变化会引发一系列变化。
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, d4 n4 F% _; x: B: t5、MOS管的导通损耗如何变化？
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Vin减小，占空比D增大，高边MOS管导通的时间加长。而同步Buck集成的MOS管通常是上管Rdson大于下管Rdson，如下图MPS的MPQ4423为例，上管的Rdson=150mΩ，下管Rdson=105mΩ。
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当D增大，上管Rdson工作导通的时间就加长，相应地，MOS管的导通损耗就增加。 s, {: S# m* Y2 z3 @/ G
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, ^! S$ Y5 ?% b0 Y7 x- `" X6、MOS管的开关损耗如何变化？
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' B# n% j& @( B5 E6 `3 h# `虽然fsw没有变化，单位时间内MOS管开关次数没有发生变化。但Vin减小会导致MOS管的Vds压差减小，如下图所示，使得Vds整体向下移动，这样，开关期间Vds和Id的交叉阴影区域相比之前Vin的阴影区域积分面积减小，则MOS管的开关损耗减小。5 K& ]9 O$ Q, T& T- w) p1 h9 b
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MOS管的关断损耗和上述公式类似，只不过把时间更换为关断时的交叉阴影时间。Vds压差减小，同样会使MOS管的关断损耗减小，进而使得整体效率提升。* s4 G6 `1 Z, x" Y$ W$ i( B
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5 Z! M+ s- S$ S8 U) I5 p4 I7、MOS管的驱动损耗如何变化？" B: o2 f) \8 x W$ }6 W
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Buck电源内部集成有从Vin转化为Vcc的LDO，还有MOS管驱动电路。当Vin降低时，在LDO上的压降（Vin-Vcc）会减小，LDO上的热损耗就会减小。这样，MOS管的驱动损耗就会减小。! M# D4 e/ Q. v# n
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" @$ _7 y. l0 f z4 h8、电感的导通损耗如何变化？2 z) s# Y# g3 W0 ]* ^
: T& B: ?; T/ `7 u" jVin减小，ΔI会减小，意味着电感的导通损耗，也就是电感的铁损减小，有利于整体效率的提升。- Q* l$ _! ^+ x, O
PS：咱们默认考虑的是CCM模式。这里电感上的电流是连续的，没有因为占空比而断续，也不用像MOS段导通损耗一样乘上占空比D。: @9 ~, O" M) T$ A3 q
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9、电感的磁芯损耗如何变化？
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6 r$ b. I* d' o; q" _$ h- N& }磁芯损耗与磁通密度Bmax成正比，而Bmax和电感的ΔI成正比。Vin减小，ΔI会减小，使得功率电感的磁通密度Bmax减小，进而导致电感的磁芯损耗减小，有利于整体效率的提升。3 G$ D3 n* W8 k7 r; d5 ]
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U& i5 j( d" Z% d10、低边MOS的体二极管导通损耗如何变化？
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* y- M) a; p$ J# d" _0 a7 z0 G$ `低边MOS的体二极管导通损耗和体二极管的正向压降Vf、死区时间和续流电流有关。Vf由体二极管的物理特性决定，不会受Vin影响；死区时间是电源芯片内部设置，受Vin影响较小；反向续流，虽然前面说Ipeak峰值有减小，谷值有增大，假设两端死区时间相同，电流带来的变化应该总体持平。所以，我认为：在Vin减小时，低边MOS管的体二极管导通损耗基本不变。纯属个人观点，如有不对，还请斧正。
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11、低边MOS的体二极管开关损耗如何变化？6 D. f5 i' D% G! p: M2 Y
/ h3 n% H* e9 l+ E二极管都有反向恢复特性。当反向电压（这里指的是上管导通后的Vin）加在体二极管两端时，原来正向导通时积累的电荷需要先释放掉，释放的过程会产生反向尖峰电流Irr，释放的时间大概是trr，这里就存在V和I的交叉部分，会存在损耗。Vin减小，二极管对应的V和I交叉的积分面积减小，Prr也减小。( M, u8 _1 ~, v) b A
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+ I3 _$ R2 n2 T0 |' G开头提到的8种损耗，已经分析了7种，我们来一起梳理下：
8 w4 P; r, `; A! s, {当Vout不变，L不变，fsw不变，而Vin减小时，D会增大，ΔI会减小，Ipeak也减小，因此而带来的一系列变化：
6 U$ {, Y. _* Y①MOS管的导通损耗增大；
]) t* h$ Z2 X②MOS管的开关损耗减小；
, V" M" {5 Z2 b( u9 O$ ~③MOS管的驱动损耗减小；
# ~* o% H6 }8 O3 Y2 o; f2 |, ?④功率电感的导通损耗（铁损）减小；9 s# @" [" B6 r5 y4 K+ S6 v
⑤功率电感的磁芯损耗（磁损）减小；
1 i+ Q' ~1 K& D8 V+ ~; Y/ V8 X+ U⑥MOS管体二极管的导通损耗基板不变；
, @, b! @5 k4 I: E⑦MOS管体二极管的开关损耗减小；
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基于上述一系列分析，综合来看，Vin减小，整体损耗是减小的，系统效率提升。所以，在Vout/L/fsw不变条件下，Vin越小，电源效率越高。
! |& Z4 I2 B- F7 w, B ~怎么样？一个简短的问题，给出的回答可浅可深。我的助攻只能到这里，能否晋升到陆地神仙境，一剑开天门，就看你的造化了！+ B3 h2 T4 {! e" M* b" `, P6 o A
: D0 ^0 z* U1 w# r! ?8 Z声明：5 v* z) ?3 g6 k' g) T3 y/ W; @% o/ T
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8 u! W- f4 d! n2 P& G( E* m 没有接地的产品，ESD放电测试时地回路是怎样的？: i- j8 N6 ^) ]+ M# k4 V
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